分子蒸馏是利用分子平均自由程的差别进行物质分离的，待分离的物料在加热板上形成均匀液膜，经加热，料液分子逸出。在与短程蒸馏加热板平行处设一冷凝板，冷凝板温度低于加热板，且与加热板的距离应小于轻分子的平均自由程而大于重分子的平均自由程。而一套完整的分子蒸馏设备主要包括进料系统、分子蒸馏器、加热系统、冷却系统、真空系统和控制系统。其种类主要有3种：

（1)降膜式：为早期形式，结构简单，但液膜厚，效率差；

（2)刮膜式：形成的液膜薄，分离效率高，但较降膜式结构复杂；

（3)离心式：离心力成膜，膜薄，蒸发效率高，但结构复杂，真空密封较难，设备的制造成本高。为提高分离效率，往往需要采用多级串联使用而实现不同物质的多级分离。